Cell Reports:蛋白質摺疊過程中關鍵作用因子的發現

蛋白質是細菌的分子結構單元和功能組件，和生物代謝過程息息相關，為了完成正常的生理過程，蛋白質需要被摺疊成三維的複雜立體結構形式，近日，來自德國馬克思普朗科生物化學研究所（MPIB）的研究人員分析了在蛋白質摺疊過程中的一個關鍵因子，即分子伴侶DnaK，研究者Ulrich Hartl表示，理解蛋白質摺疊過程中的分子機制，尤其是摺疊錯誤，對於了解很多疾病發病的分子機制很有必要。比如阿爾茲海默症病人和帕金森患者，研究人員的這項最新的研究成果刊登在了雜誌Cell Reports上。

我們都知道，蛋白質可以介導很多機體的生理學過程，人類機體可以以胺基酸的形勢合成眾多的不同種類、不同功能的蛋白質，為了有效地行使功能，蛋白質必須摺疊成三維結構來發揮作用，如果摺疊過程發生錯誤，那麼將會生成無用蛋白質或者危險的蛋白質團，所有細胞，不管是細菌還是人類細胞都存在一類蛋白質網絡，那就是分子伴侶，可以幫助蛋白質進行合適摺疊，而不至於發生摺疊錯誤。

MPIB的科學家如今研究了大腸桿菌的這種蛋白質組織網絡，運用蛋白質組學分析的方法解析了不同蛋白質分子伴侶在蛋白質摺疊過程是如何協同作用的，研究者表示，他們識別出了蛋白質網絡中的一個中央關鍵調節單薄Hsp70蛋白DnaK，它行使如同轉盤一樣的作用，DnaK可以結合到大約700個不同的蛋白質合成鏈當中發揮作用，在這些鏈中發揮蛋白質摺疊的作用，如果DnaK不能進行摺疊的話，將會由另一個分子伴侶-桶裝蛋白GroEL來完成，GroEL是一個高度特異性的蛋白摺疊機器，可以進行單一的蛋白質鏈的摺疊，而且保護被摺疊的蛋白質鏈不受外界影響。

分子伴侶網絡的破壞

研究人員同時也研究了當分子伴侶網絡被破壞以後對蛋白質摺疊帶來的影響，例如，當蛋白質GroEL被破壞掉之後，不能被摺疊的蛋白質將會堆積到DnaK那裡，DnaK將會把過多的蛋白質轉移到蛋白質酶處，進行蛋白質分解，這樣一來，蛋白質鏈將不能夠成熟從而行使應有的功能，最終影響機體的正常生物學功能。類似地，眾多複雜的蛋白質分子伴侶可以控制人類細胞的蛋白質組，理解這其中的分子反應機制，對於更好的了解一些因為摺疊錯誤所導致的神經變性疾病可以提供一定的治療線索和基礎。（生物谷：T.Shen編譯）

DnaK Functions as a Central Hub in the E. coli Chaperone Network

Giulia Calloni1, 4, Taotao Chen1, 4, Sonya M. Schermann1, 5, Hung-chun Chang1, 6, Pierre Genevaux2, Federico Agostini3, Gian Gaetano Tartaglia3, Manajit Hayer-Hartl1, , , F. Ulrich Hartl1, ,

Cellular chaperone networks prevent potentially toxic protein aggregation and ensure proteome integrity. Here, we used Escherichia coli as a model to understand the organization of these networks, focusing on the cooperation of the DnaK system with the upstream chaperone Trigger factor (TF) and the downstream GroEL. Quantitative proteomics revealed that DnaK interacts with at least ∼700 mostly cytosolic proteins, including ∼180 relatively aggregation-prone proteins that utilize DnaK extensively during and after initial folding. Upon deletion of TF, DnaK interacts increasingly with ribosomal and other small, basic proteins, while its association with large multidomain proteins is reduced. DnaK also functions prominently in stabilizing proteins for subsequent folding by GroEL. These proteins accumulate on DnaK upon GroEL depletion and are then degraded, thus defining DnaK as a central organizer of the chaperone network. Combined loss of DnaK and TF causes proteostasis collapse with disruption of GroEL function, defective ribosomal biogenesis, and extensive aggregation of large proteins.